楊東波 王清嶺 陳洪杰

（中國(guó)石化中原油田分公司）

0 引言

目前中原油田集輸系統(tǒng)污水回注主要采用產(chǎn)出液輸至聯(lián)合站，經(jīng)處理后再返輸回注的工藝流程；對(duì)于邊遠(yuǎn)區(qū)塊的污水回注多采用單拉方式。含油污水含有懸浮性固體顆粒物、硫化物、油以及有害微生物等，含油污水須經(jīng)過(guò)處理，滿足回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后才能回注。污水回注存在污水往返距離遠(yuǎn)、運(yùn)行壓力高、往返輸送環(huán)節(jié)能耗高效率低的問(wèn)題。雖然部分區(qū)塊嘗試采用二次沉降的簡(jiǎn)化處理工藝，但處理后的污水水質(zhì)難以滿足回注標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，應(yīng)用產(chǎn)出液預(yù)分水處理及短流程回注的處理工藝，不僅能解決傳統(tǒng)污水回注處理規(guī)模大、輸送距離長(zhǎng)、回注水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，還能夠滿足中高滲或常壓低滲區(qū)塊回注水質(zhì)要求。如果產(chǎn)出液預(yù)分水處理及短流程處理工藝增加膜過(guò)濾或其他精細(xì)過(guò)濾設(shè)備［1-3］，處理后水質(zhì)還能夠達(dá)到低滲區(qū)塊的回注水質(zhì)要求。

1 區(qū)塊選擇

中原油田按單元區(qū)塊滲透率及油藏類型共分75個(gè)中高滲區(qū)塊，其地層壓力為9.5～37 MPa；46個(gè)常壓低滲區(qū)塊，其注水壓力在16 MPa以下。以上區(qū)塊中，共有16個(gè)區(qū)塊距污水站8 km以上。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，中原油田優(yōu)先選擇了中高滲或常壓低滲區(qū)塊進(jìn)行適合短流程回注的區(qū)塊試驗(yàn)。在調(diào)研了3個(gè)區(qū)塊的基礎(chǔ)上，確定了劉32塊為試驗(yàn)區(qū)塊。這些區(qū)塊對(duì)處理水質(zhì)要求不高或注水壓力較低，污水回注流程短，投資較少。區(qū)塊調(diào)研情況見(jiàn)表1。

劉32塊主要含油層沙一段、沙二段，其中沙一段油藏埋深2 970～3 250 m，孔隙度為8.4%～22.8%，滲透率變化范圍為1.01×10-3～184×10-3μm2。沙二段油藏埋深3 350～4 000 m，孔隙度1.3%～14.5%，滲透率為0.04×10-3～40.2×10-3μm2。劉32塊距附近污水站約20 km，屬常壓低滲邊緣區(qū)塊。

表1 中原油田短流程回注改造調(diào)研區(qū)塊情況

劉32塊目前生產(chǎn)情況為：劉16-2井等13口油井的含油污水管輸或單拉運(yùn)至劉32號(hào)簡(jiǎn)易污水處理站，每天處理液量約120 m3。經(jīng)沉降脫水后，污水就近輸至劉25-1井及劉36井增壓注水點(diǎn)。站內(nèi)污水處理系統(tǒng)只有自然沉降罐，工藝簡(jiǎn)陋，出水水質(zhì)較差。

2 預(yù)分水及短流程回注技術(shù)應(yīng)用

2.1 產(chǎn)出液預(yù)分水試驗(yàn)

取劉32塊現(xiàn)場(chǎng)污水進(jìn)行預(yù)分水處理試驗(yàn)，預(yù)分水處理后的污水含油量、懸浮固體含量、粒徑中值等主要指標(biāo)滿足SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》中規(guī)定的中滲油藏注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（含油量≤15 mg/L，粒徑中值≤3 μm，懸浮固體含量≤5 mg/L）。若在此基礎(chǔ)上增加膜過(guò)濾污水處理工藝，理論上可滿足低滲區(qū)塊水質(zhì)要求（含油量≤6 mg/L，粒徑中值≤1.5 μm，懸浮固體含量≤2 mg/L）。試驗(yàn)結(jié)果表明在該區(qū)塊采用預(yù)分水工藝，技術(shù)上可行。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 劉32塊產(chǎn)出液預(yù)分水處理前后水質(zhì)主要指標(biāo)

2.2 預(yù)分水裝置設(shè)計(jì)

參考國(guó)內(nèi)外斜管、網(wǎng)格、T型管等幾種效果較好的預(yù)分水裝置［4-9］，通過(guò)分析油水分離影響因素，采用旋流、斜板聚結(jié)、過(guò)濾等技術(shù)，設(shè)計(jì)出一種雙斜罐預(yù)分水裝置，并確定了裝置的罐體體積、斜罐傾角、適用壓力和溫度等相關(guān)技術(shù)參數(shù)。

2.2.1 油水分離影響因素分析

根據(jù)自由沉降理論，采出液中的機(jī)械雜質(zhì)阻礙油珠和水滴間的聚并，使油水分離效果變差［10-12］。從油藏中采出的部分巖石碎屑和黏土顆粒、垢沉積物、腐蝕產(chǎn)物等機(jī)械雜質(zhì)易吸附在油水界面上，阻礙油珠和水滴之間的聚并，使采出液油水分離效果變差。劉32塊污水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)機(jī)械雜質(zhì)含量由18 mg/L升至23 mg/L時(shí)，水相含油量由20 mg/L升至28 mg/L。

理論上采出水在沉降罐內(nèi)的停留時(shí)間越長(zhǎng)，沉降罐出水含油量越低。而實(shí)際生產(chǎn)中，采出水在沉降罐停留時(shí)間往往很短，因此，應(yīng)在罐內(nèi)設(shè)置螺旋擋板，加長(zhǎng)液體運(yùn)動(dòng)路線，延長(zhǎng)采出水停留時(shí)間，使油水充分分離。

2.2.2 預(yù)分水裝置

通過(guò)分析油水分離過(guò)程，設(shè)計(jì)了斜罐“三段式”分離過(guò)程，提高重力分速度，更有利于油水的最終分離。

第一段：油滴沿壁面聚集與油膜連續(xù)流動(dòng)除油。斜罐傾角的存在使油珠更易浮升到水相上方聚集，形成連續(xù)油膜，并不斷聚并，實(shí)現(xiàn)油水分離。根據(jù)水力旋流理論，導(dǎo)流葉片是旋流產(chǎn)生切向速度的重要組成部分，切向速度對(duì)產(chǎn)生離心力起重要作用。在水相脫油區(qū)設(shè)置螺旋導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)污水中油相和懸浮物的快速分離。

第二段：凈水層沿壁面聚集與連續(xù)流動(dòng)除水。傾斜面加速水相中油滴上浮，使水相下聚，朝下水口方向流動(dòng)，使水相分離。

第三段：高界面與凈水聚集，穩(wěn)定脫后水質(zhì)。油水界面與水出口之間的距離增加，減少了油水界面下降對(duì)出口水質(zhì)的不利影響，穩(wěn)定了脫后水質(zhì)。

預(yù)分水工藝現(xiàn)場(chǎng)小試裝置見(jiàn)圖1。

圖1 預(yù)分水工藝現(xiàn)場(chǎng)小試裝置圖

2.2.3 回注水質(zhì)達(dá)標(biāo)

為使預(yù)分水處理后水質(zhì)達(dá)到回注標(biāo)準(zhǔn)，可增設(shè)過(guò)濾處理單元，提高污水處理效果。結(jié)合中原油田油藏物性特點(diǎn)及注水開(kāi)發(fā)需要，中高滲區(qū)塊采用了“雙斜罐+旋流+常規(guī)過(guò)濾模塊”技術(shù)方案，低滲區(qū)塊采用了“雙斜罐+旋流+膜過(guò)濾”技術(shù)方案。這些工藝組合，滿足了不同區(qū)塊回注污水的水質(zhì)要求。

2.3 預(yù)分水及短流程就地回注現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2018年10 月在劉莊32號(hào)站進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)預(yù)分水處理試驗(yàn)，日處理量為120 m3，進(jìn)口壓力0.12 MPa，試驗(yàn)周期5天。水質(zhì)處理合格后就近輸至劉16-1井及LC7井進(jìn)行回注。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)流程為產(chǎn)出液→緩沖罐→預(yù)分水裝置（雙斜罐+旋流+膜過(guò)濾）→出水→就地回注。預(yù)分水處理裝置可分出80%的水，剩余油相由罐車?yán)\(yùn)。從表3可知處理后水質(zhì)含油量、懸浮物及粒徑中值等主要指標(biāo)基本滿足了含油量≤6 mg/L，懸浮固體含量≤2 mg/L，粒徑中值≤1.5 μm的回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

表3 預(yù)分水裝置現(xiàn)場(chǎng)小試試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

（1）從區(qū)塊的滲透率及油藏類型、輸送距離方面綜合分析，確定了中原油田適合短流程回注試驗(yàn)的區(qū)塊，并對(duì)試驗(yàn)區(qū)塊水質(zhì)進(jìn)行預(yù)分水試驗(yàn)，處理后水質(zhì)可基本滿足低滲油藏注水要求。

（2）從采出液中機(jī)械雜質(zhì)、沉降時(shí)間方面分析了影響油水分離的因素，基于油水分離過(guò)程和水力旋流理論，設(shè)計(jì)出一套雙斜罐預(yù)分水處理裝置，并增設(shè)過(guò)濾處理單元?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，預(yù)分水裝置可分出80%的水；增設(shè)過(guò)濾處理單元后，水質(zhì)滿足了低滲區(qū)塊的回注水質(zhì)要求。